基于GPS和水准数据的微粒群算法联合反演祁连山北缘断裂三维滑动速率

将微粒群算法与位错理论模型相结合，采用中国地壳运动观测网络提供的青藏高原地区2001~2004年GPS测量数据和2000~2006年水准测量数据，通过常规定权和附有相对权比的方法对祁连山北缘断裂的三维滑动速率进行联合反演，并与蚁群算法反演结果进行对比。结果表明，微粒群算法收敛速度快、稳定性高，结合经典位错理论模型，是一种可以有效求解断层三维滑动速率反演问题的优化算法，在大地测量反演领域极具应用潜力。     

重力数据反演鲜水河断裂三维滑动速率

分别将粒子群算法、遗传算法、蒙特卡洛法与位错理论模型相结合,利用已知纯走滑单断层参数正演模拟出的重力变化数据,对单断层三维滑动速率进行反演计算,分析并选取最优的非线性算法。利用2013-09~2014-09和2014-09 ~2015-04两期地面重力数据反演鲜水河断裂三维滑动速率,结果显示：1）粒子群算法相对于遗传算法、蒙特卡洛法收敛性较好、稳定性强、精确度高;2）鲜水河断裂带具有明显的分段差异性且不同段处滑动速率大小不同,该断裂以左旋走滑为主,整体呈逆冲断层,局部兼有挤压;3）2014-09~2015-04地面重力数据反演鲜水河断裂断层走滑、倾滑参数大于2013-09~2014-09重力数据反演结果,这可能与2014-11-22康定6.3级地震有一定关系。     

基于三维数据的微粒群反演汶川地震同震滑动

采用2008-05-28汶川大地震的GPS三维同震形变数据，运用微粒群算法，结合位错理论模型，反演龙门山断裂的三维滑动速率。结果表明，龙门山主山前边界大断裂、龙门山后山大断裂、龙门山主中央大断裂均呈现逆冲特征，其中，龙门山主中央大断裂还具有右旋走滑趋势；龙门山主中央大断裂的滑动速率最大，且断层的滑动速率与地表同震位移具有同步响应特征。     

RANSAC-PSO算法的抗差反演——以芦山地震为例

本文利用RANSAC-PSO算法研究在反演断层滑动参数时所用大地测量数据包含粗差的问题。在模拟实验中对理论观测值加入1%、5%、10%粗差，分别采用粒子群算法、选权迭代算法和RANSAC-PSO算法反演断层滑动参数。结果表明，当观测值中包含粗差率达10%时，PSO算法反演的滑动参数与理论值相差23.2 cm，选权迭代法反演的滑动参数与理论值相差26.2 cm，而RANSAC-PSO反演的滑动参数与理论值相差小于1 cm。芦山地震具有以逆冲为主兼具少量左旋走滑性质，采用芦山地震同震GPS位移数据分别以PSO算法和RANSAC-PSO算法反演断层滑动参数，RANSAC-PSO算法反演的走滑量为0.051 8 m，倾滑量为0.828 9 m，均大于PSO的反演结果;释放能量1.000 9×1019 N·m（MW6.63），与GCMT 的1.060 0×1019 N·m更加吻合。分别用RANSAC-PSO算法与PSO算法反演的滑动参数计算地表水平位移,并与GPS观测进行对比，发现二者在计算距断层的远场点时，计算的水平位移基本一致；而在计算距断层的近场点时，RANSAC-PSO算法表现更为优秀，尤其体现在LS07点上，其计算值与GPS观测值完全重合。     

遗传算法反演龙门山断裂带断层三维滑动参数研究

利用位错理论模型将遗传算法运用于断层三维滑动参数反演问题的求解,采用川西地区2004—2007年GPS观测数据对龙门山断裂带主要断层的三维滑动速率进行计算分析。结果表明:反演结果在量值上整体较小,与地质结果具有较好的一致性,走滑分量︱U1︱<3.2 mm/a,倾滑分量︱U2︱<1.54 mm/a,张开分量︱U3︱<2.5mm/a,低滑动速率反映断层的闭锁及应力的积累及大地震发生的危险性;局部分量较地质结果偏大,反映实测GPS数据反演结果体现的是断层实时活动状态;遗传算法的全局收敛、不依赖初值等优点使结果更加稳定,而张开分量显示局部不规律性,表现出各子断层空间活动不均匀性。     

龙门山断裂带三维滑动速率反演及其分段性研究

基于负位错模型,结合粒子群算法反演龙门山中央断裂段的三维滑动速率。反演结果表明,龙门山断裂带的现今构造运动整体而言为右旋逆冲断层,滑动速率较小,其运动特征具有显著的分段性。断裂带南段以逆冲为主,兼有左旋特征;在向北延展过程中逐渐转化为右旋走滑,且走滑分量逐渐加大;龙门山断裂带南北两端具有挤压特征,其中段显示一定的拉张。由此推断,龙门山断裂带现今构造活动,在青藏块体整体移动的影响下,还与其区域应力场和内部地壳结构有关。基于负位错模型,结合粒子群算法反演龙门山中央断裂段的三维滑动速率。反演结果表明,龙门山断裂带的现今构造运动整体而言为右旋逆冲断层,滑动速率较小,其运动特征具有显著的分段性。断裂带南段以逆冲为主,兼有左旋特征;在向北延展过程中逐渐转化为右旋走滑,且走滑分量逐渐加大;龙门山断裂带南北两端具有挤压特征,其中段显示一定的拉张。由此推断,龙门山断裂带现今构造活动,在青藏块体整体移动的影响下,还与其区域应力场和内部地壳结构有关。     

利用向-位错组合模型研究龙门山断裂带的三维运动

提出描述断层滑动和转动的向-位错组合模型。利用实测的2008年汶川大地震GPS同震数据,基于向-位错组合模型,采用粒子群算法反演了主破裂带的三维滑动和转动,并将滑动结果与前人成果进行对比,最后由正演计算进一步验证反演结果的可靠性。理论分析和模型计算结果表明：1) 震源破裂的主要特征是逆冲兼右旋走滑;2) 龙门山断裂的滑动和转动有明显的分段性特征;3) 汶川地震的地震矩为7.069×1020 Nm,矩震级为7.899。向-位错组合模型反演结果与前人成果保持了很好的一致性。     

鲜水河断裂带间震期断层滑动与转动特征研究

构建描述断层平动和转动的向-位错模型,利用2001~2004 年的GPS数据,采用粒子群算法反演鲜水河断裂带不同分段处的断层滑动和转动情况,最后由正演计算验证反演断层参数的可靠性。结果表明：1）鲜水河断裂带断层活动以滑动特性为主,整体呈左旋走滑运动,局部兼有挤压;2）鲜水河断裂带转动特征分段性较为明显,北西段和南东段的断层转动特征较强,且南东段断层转动最为显著。     

利用GPS资料反演祁连山断层的三维滑动速率

以位错理论模型为基础,导出了利用GPS观测的水平位移场速率数据反演断层的走滑、倾滑和张开三维运动速率分布的最佳估计反演计算公式,并利用青藏高原东北缘1999~2001年间GPS观测的位移场速率对祁连山断裂的三维运动速率分布进行了反演计算研究。结果表明,祁连山断裂活动速率在断层倾滑方向上明显大于走滑方向和张开方向,而且具有空间分布的不均匀性特征。     

基于GNSS及地震活动的沂沭断裂带危险性分析

选取2011～2019年山东地区GNSS基准站及地震滑动矢量等数据,应用块体负位错反演模型,反演沂沭断裂带地区的断层闭锁程度和滑动亏损速率。结果表明,沂沭断裂带诸城以南区域断层闭锁程度较低,无滑动亏损累积;安丘-莒县断裂诸城以北区域断层闭锁程度较高,闭锁深度较深,约为26 km,断层滑动亏损速率约为0.6～0.8 mm/a,为右旋挤压亏损,且该地区小震不活跃,地震危险性值得关注。     

利用InSAR和GPS形变数据反演断层深部滑动的敏感性分析

为探究InSAR和GPS形变数据对断层深部滑动的敏感性,分别模拟走滑断层、正断层和逆冲断层在不同深度的滑动分布模型,并基于不同精度的InSAR和GPS形变数据反演了3类断层在不同深度位置的滑移分布。对3类断层的结果进行对比分析发现,实验得到的结论具有较好的一致性。结果表明,在相同深度时,基于高精度InSAR和GPS形变数据反演的深部滑动残差较小,而基于常规精度InSAR数据反演结果的残差较大;随着深度的增加,反演深部滑动的探测性呈逐步下降的趋势,其中基于高精度InSAR和GPS数据的滑动探测性高于基于常规精度InSAR的滑动探测性。当InSAR和GPS数据精度相同时,维度对断层深部滑动的探测性有一定影响。     

顾及观测值精度的断层变形参数反演研究

从观测值奇异值、观测值分布及反演模型的先验信息3个方面入手,研究观测值对反演结果的影响。以观测点到微分断层的距离倒数为权,构建顾及观测值权值影响的反演模型。以位错理论为基础,结合遗传算法,对龙门山断裂带进行三维滑动速率反演研究。结果表明,经过奇异值剔除的数据应用于顾及观测值权值的反演模型,给定合理的“先验信息”,其结果比已知观测值直接参与反演模型更稳定、可靠。     

张家口-宣化盆地现今地壳变形特征与断层滑动速率反演

基于PS-InSAR结合先验条件的最小二乘迭代逼近法,利用3轨道Sentinel-1数据获取张家口-宣化盆地及周边区域地表三维形变速率场,并在此基础上使用剖面投影法和由刃型位错提出的倾滑断层震间形变数学表达式,反演得到张家口断裂和宣化盆地南缘断裂滑动速率和闭锁深度。断层参数结果显示,张家口断裂中段和宣化盆地南缘断裂闭锁程度较高,具备发生中强以上地震的应变能积累背景条件。     

基于GPS资料研究红河断裂带现今闭锁程度与地震危险性

基于2009~2015年中国大陆GPS水平速度场数据，采用DEFNODE负位错反演程序计算红河断裂带的断层闭锁程度和滑动亏损速率特征，并结合小震精定位结果分析该断裂带的强震危险性。结果表明，GPS水平观测值与模型值的拟合结果较好，小震分布与闭锁程度结果存在一定的相关性，红河断裂的中段北部（南涧-墨江）基本完全闭锁，断层的滑动亏损速率也相对较大，该段落具有发生较大地震的可能性；红河断裂带其余段落闭锁程度较弱，尤其是断裂带的南段，在2~5 km深度处基本由闭锁状态转化为蠕滑状态，断层的滑动亏损速率也相应很小，该段发生较大地震的可能性较小。     

格仁错断裂现今地壳运动特征的InSAR监测与分析

基于干涉合成孔径雷达（InSAR）技术,获得格仁错断裂高空间分辨率的地壳形变速度场,并以此为约束,利用深浅部震间断层位错模型反演断层面上的滑移速率与闭锁深度。结果表明,格仁错断裂性质为右旋走滑,断层两侧存在差异运动,断层上的差异运动自西向东逐渐减弱;InSAR变形结果与GPS观测结果高度一致,远场LOS向最大形变差异达4 mm/a;研究区域内断层剖面分析结果显示,格仁错断层两侧地壳形变差异最大,是区域内控制长波长信号的主断层;格仁错断层面滑动分布不均匀,滑动速率约为2～6 mm/a,断裂西北段滑动速率小于东南段。闭锁程度较高的区域主要位于当惹雍错与孜桂错之间,该地区存在较高的强震危险性。     

1970年云南通海地震同震形变和破裂滑动初步研究结果

分别以三角测量获取的同震形变、GPS与三角测量联合获取的同震形变为约束,先采用模拟退火算法反演1970年通海地震单断裂矩形断层破裂模型,然后用约束变量的最小二乘法反演地震滑动分布模型。根据两套数据用模拟退火算法获得的单矩形断裂模型的倾角都超过80°,破裂长度都接近100 km,破裂出露地表,以走滑为主。根据两套数据用约束变量的最小二乘法反演获得的两个破裂滑动分布模型,矩震级Mw=7.4,最大破裂位置和破裂深度大致相同,西北段破裂分布比较接近,而东南段差异较大。根据GPS和三角测量确定的东南段破裂滑动较大,可能是根据GPS和三角测量计算同震变形时,由于没有坐标转换公共点而引入一些较大的误差;也可能是用三角测量计算同震形变时低估了断裂东南端的变形。     

论多种数据联合反演的模式及算法

针对日益丰富的数据资料，综述了大地测量反演的发展进程，论述了多种数据联合反演的意义和必要性，给出了兼顾权比确定的大地测量、地震和地质三类数据的联合反演模式及采用水准测量、GPS和重力三种数据联合反演断层参数的具体公式，特别介绍了求解优化问题所有全局最优解的区间算法，并给出了基本算例，结果体现了区间算法无可比拟的优越性及其在大地测量反演领域中的应用前景。     

基于GPS和水准资料的西秦岭北缘断裂现今闭锁程度分析

利用2009~2015年GPS速度场和1975~2011年垂直速度场数据，采用TDEFNODE负位错模型对西秦岭北缘断裂各段的闭锁程度、滑动亏损速率进行反演，结合GPS跨断层速度剖面和现今小震分布特征，对西秦岭北缘断裂各段的断裂活动性及地震危险性进行分析。结果表明，西秦岭北缘断裂以左旋走滑运动为主，兼有部分逆冲挤压，断裂各段的滑动速率都低于第四纪以来的滑动速率。其中天水-宝鸡段滑动速率较低，小震分布少，断裂正处于高应变积累阶段，具有高闭锁系数和滑动亏损速率，易于应变能的快速积累，具有发生中强地震的背景条件；锅麻滩段虽然滑动速率较大，但闭锁程度和滑动亏损速率高，小震分布较少，也存在较高的地震危险性；漳县段和鸳凤段滑动速率较大，断裂应力积累相对较弱，闭锁程度和滑动亏损速率均较低，小震分布多，地震危险性较低。     

Sentinel-1 SAR数据约束的2018年谢通门MW5.8地震同震破裂模型

通过Sentinel-1卫星升降轨数据获取谢通门地震的同震形变场,并基于均匀弹性半无限位错模型反演地震的同震滑动分布模型。InSAR同震形变场表明,升降轨视线向最大形变量分别为0.049 m和0.051 m,形变场长轴大致呈南北方向,位于甲岗-定结断裂西侧。通过对倾角和倾向进行格网搜索发现,西倾节面更可能为该地震的发震节面。反演结果表明,滑动分布主要位于2~10 km深度范围内,平均滑动量为0.02 m,最大滑动量为0.10 m,发震断层倾角为47°,平均滑动角为-81.60°,显示该地震以正倾滑动为主。大地测量数据约束的该地震震中为30.27°N、87.75°E,震源深度为6.58 km,释放地震矩为5.056×10¹⁷ Nm,对应矩震级为M_W5.7,与GCMT、USGS公布的震级基本一致。综合分析震中位置和滑动机制认为,甲岗-定结断裂的分支断层为本次谢通门地震的发震断层。     

地震层析技术在确定隐伏断层中的应用

本文给出了ＣＴ 计算中较常用的ＡＲＴ、ＳＩＲＴ 和ＬＳＱＲ 三种算法，用ＬＳＱＲ 算法对取自于断层的实际资料进行了层析反演，其结果是，断层两侧介质速度差异明显，比较准确地确定了断层的位置，结果比较理想。最后，将层析勘探与折射波勘探进行了对比，提出了将两种方法进行联合反演的思路